機(jī)械原理研復(fù)習(xí)PPT學(xué)習(xí)教案

1、會(huì)計(jì)學(xué)1 機(jī)械原理研復(fù)習(xí)機(jī)械原理研復(fù)習(xí) 1 2 3 4 5 6 7 8 A B C D E F 復(fù)合鉸鏈復(fù)合鉸鏈 兩個(gè)以上的構(gòu)件在同一處以轉(zhuǎn)動(dòng)副聯(lián)接所構(gòu)成的運(yùn)動(dòng)副兩個(gè)以上的構(gòu)件在同一處以轉(zhuǎn)動(dòng)副聯(lián)接所構(gòu)成的運(yùn)動(dòng)副。 k個(gè)構(gòu)件組成的復(fù)合鉸鏈，有個(gè)構(gòu)件組成的復(fù)合鉸鏈，有( (k-1)-1)個(gè)個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副轉(zhuǎn)動(dòng)副。 正確計(jì)算 B、C、D、E處為復(fù)合鉸鏈，轉(zhuǎn)動(dòng)副 數(shù)均為2。 n7，pL10，pH0 F3n2pLpH372101 計(jì)算機(jī)構(gòu)自由度時(shí)應(yīng)注意的問(wèn)題 第1頁(yè)/共83頁(yè) 準(zhǔn)確識(shí)別復(fù)合鉸鏈舉例準(zhǔn)確識(shí)別復(fù)合鉸鏈舉例 關(guān)鍵：關(guān)鍵：分辨清楚哪幾個(gè)構(gòu)件在同一處用轉(zhuǎn)動(dòng)副聯(lián)接分辨清楚哪幾個(gè)構(gòu)件在同一處用轉(zhuǎn)動(dòng)副聯(lián)接 12

2、 3 1 3 4 2 4 1 3 2 3 1 2 兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副 兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副 兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副 兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副 1 2 3 4 兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副 1 4 2 3 兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副 第2頁(yè)/共83頁(yè) 例題計(jì)算凸輪機(jī)構(gòu)自由度 F3n2pLpH332312 局部自由度 機(jī)構(gòu)中某些構(gòu)件所具有的僅與其自身的局部運(yùn)動(dòng)有關(guān)的 自由度。 考慮局部自由度時(shí)的機(jī)構(gòu)自由度 計(jì)算 設(shè)想將滾子與從動(dòng)件焊成一 體 F322211 計(jì)算時(shí)減去局部自由度FP F332311(局部自由度 )1 ？ 第3頁(yè)/共83頁(yè) 虛約束 機(jī)構(gòu)中不起獨(dú)立限制作用的重復(fù)約束。 計(jì)算具有虛約束的機(jī)構(gòu)的自由度時(shí)，應(yīng)先將機(jī)構(gòu)中引入 虛約束的構(gòu)件和運(yùn)動(dòng)副除去。 第4頁(yè)/共83頁(yè)

3、 虛約束發(fā)生的場(chǎng)合虛約束發(fā)生的場(chǎng)合 兩構(gòu)件間構(gòu)成多個(gè)運(yùn)動(dòng)副 兩構(gòu)件構(gòu)成多個(gè) 導(dǎo)路平行的移動(dòng)副 兩構(gòu)件構(gòu)成多個(gè) 軸線(xiàn)重合的轉(zhuǎn)動(dòng)副 兩構(gòu)件構(gòu)成多個(gè)接觸點(diǎn)處法線(xiàn)重合的高副 第5頁(yè)/共83頁(yè) 兩構(gòu)件上某兩點(diǎn)間的距離在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中始終保持不變 未去掉虛約束時(shí) F3n2pLpH34260 構(gòu)件5和其兩端的轉(zhuǎn)動(dòng)副E、F提供的自由度 F3122 1 即引入了一個(gè)約束，但這個(gè)約束對(duì)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)不起實(shí)際 約束作用，為虛約束。去掉虛約束后 ? 3 2 4 1 A CB D E F 5 AB CD AE EF F3n2pLpH33241 第6頁(yè)/共83頁(yè) 聯(lián)接構(gòu)件與被聯(lián)接構(gòu)件上聯(lián)接點(diǎn)的軌跡重合 構(gòu)件3與構(gòu)件2組成的轉(zhuǎn)動(dòng)副

4、E及與機(jī)架組成的移動(dòng)副提 供的自由度 F3122 1 即引入了一個(gè)約束，但這個(gè)約束對(duì)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)不起實(shí)際 約束作用，為虛約束。去掉虛約束后 構(gòu)件2和3在E點(diǎn)軌跡重合 3 E 4 1 2 5 A B C BEBC=A B EAC=90 F 3n2pLpH33241 第7頁(yè)/共83頁(yè) 1 B 3 4 2 A 機(jī)構(gòu)中對(duì)傳遞運(yùn)動(dòng)不起獨(dú)立作用的對(duì)稱(chēng)部分 對(duì)稱(chēng)布置的兩個(gè)行星輪2和2以及相應(yīng)的兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副D、C 和4個(gè)平面高副提供的自由度 F322214 2 即引入了兩個(gè)虛約束。 未去掉虛約束時(shí)F 3n2pLpH352516 1 去掉虛約束 后 F 3n2pLpH3323121 1 2 3 4 A D B C

5、22 第8頁(yè)/共83頁(yè) 虛約束的作用 改善構(gòu)件的受力情況，分擔(dān)載荷或平衡慣性力，如多 個(gè)行星輪。 增加結(jié)構(gòu)剛度，如軸與軸承、機(jī)床導(dǎo)軌。 提高運(yùn)動(dòng)可靠性和工作的穩(wěn)定性。 注意 機(jī)構(gòu)中的虛約束都是在一定的幾何條件下出現(xiàn)的，如 果這些幾何條件不滿(mǎn)足，則虛約束將變成實(shí)際有效的約束， 從而使機(jī)構(gòu)不能運(yùn)動(dòng)。 第9頁(yè)/共83頁(yè) 機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析 基本思路 驅(qū)動(dòng)桿組基本桿組機(jī)構(gòu) 由原動(dòng)件和機(jī)架組成，自由度等于機(jī)構(gòu)自由度 不可再分的自由度為零的構(gòu)件組合 第10頁(yè)/共83頁(yè) 基本桿組應(yīng)滿(mǎn)足的條件基本桿組應(yīng)滿(mǎn)足的條件 F 3n 2pL 0 即即 n (2 3)pL 基本桿組的構(gòu)件數(shù)n 2，4，6， 基本桿組的運(yùn)動(dòng)副數(shù)

6、pL 3，6，9， n2，pL3的雙桿組(II級(jí)組) 內(nèi)接運(yùn)動(dòng)副 外接運(yùn)動(dòng)副 R-R-R組R-R-P組R-P-R組 P-R-P組 R-P-P組 第11頁(yè)/共83頁(yè) n 4，pL 6的多桿組的多桿組 III級(jí)組級(jí)組 結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 有一個(gè)三副構(gòu)件，而每個(gè)內(nèi)副所聯(lián)接的分支構(gòu) 件是兩副構(gòu)件。 第12頁(yè)/共83頁(yè) r1 r2 O1 O2 O2 r2 O1 高副低代 接觸點(diǎn)處兩高副元素的曲 率半徑為有限值 接觸點(diǎn)處兩高副元素之一 的曲率半徑為無(wú)窮大 高副低代 虛擬構(gòu)件 虛擬構(gòu)件 高副低代 第13頁(yè)/共83頁(yè) 舉例 作出下列高副機(jī)構(gòu)的低副低代機(jī)構(gòu) 高副低代 D E C B A D E C B A 第14頁(yè)/共8

7、3頁(yè) 例題 對(duì)圖示電鋸機(jī)構(gòu)進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析。 解 n8，pL11，pH1，F(xiàn)3n2pLpH38211111 。 機(jī)構(gòu)無(wú)復(fù)合鉸鏈和虛約束，局部自由度為滾子繞自身 軸線(xiàn)的轉(zhuǎn)動(dòng)。 高副低代 O 6 D O1 3 4 5 7 2 1 C B A 10 9 H G F E I J 8 1 2 3 4 5 6 7 8 9 O A B C D E F G I H J K 第15頁(yè)/共83頁(yè) O 1 9 O1 2 B A 10 5 7 H F I 拆分基本桿組 II級(jí)機(jī)構(gòu) G 6 J 8 D 3 4 C E 第16頁(yè)/共83頁(yè) 二、平面連桿機(jī)構(gòu)的基本性質(zhì) 1. 四桿機(jī)構(gòu)中轉(zhuǎn)動(dòng)副成為整轉(zhuǎn)副的條件 轉(zhuǎn)動(dòng)副所連接的兩個(gè)

8、構(gòu)件中，必有一個(gè)為最短桿。 最短桿與最長(zhǎng)桿的長(zhǎng)度之和小于或等于其余兩桿長(zhǎng) 度之和。 第17頁(yè)/共83頁(yè) B2 C2 2. 急回運(yùn)動(dòng)特性急回運(yùn)動(dòng)特性 極限位置1 連桿與曲柄拉伸共 線(xiàn) 極限位置2 連桿與曲柄重疊共線(xiàn) 極位夾角 機(jī)構(gòu)輸出構(gòu)件處于兩極限位置時(shí)，輸入構(gòu)件 在對(duì)應(yīng)位置所夾的銳角。 工作行程(慢行程)曲柄轉(zhuǎn)過(guò)180，搖桿擺角，耗時(shí) t1，平均角速度m1 t1 180 180 返回行程(快行程)曲柄轉(zhuǎn)過(guò)180，搖桿擺角，耗時(shí) t2，平均角速度m2 t2 A D B1 C1 第18頁(yè)/共83頁(yè) 常用行程速比系數(shù)K來(lái)衡量急回運(yùn)動(dòng)的相對(duì)程度。 180 180180180 / / 1 2 1m 2m

9、 t t K 設(shè)計(jì)具有急回要求的機(jī)構(gòu)時(shí)，應(yīng)先確定K值，再計(jì)算。 180 1 1 K K B2 C2 B1 C1 A D 180- 180+ 第19頁(yè)/共83頁(yè) 180 180 曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的極位夾角 180 180 擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)的極位夾角 擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu) 慢行程 快行程 慢行程 快行程 第20頁(yè)/共83頁(yè) A B D C 3. 傳力特性傳力特性 壓力角和傳動(dòng)角壓力角和傳動(dòng)角 有效分力 F Fcos Fsin 徑向壓力 F Fsin=Fcos 角越大， F 越大， F 越小，對(duì)機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)越有利。 連桿機(jī)構(gòu)中，常用傳動(dòng)角的大小及變化情況來(lái)衡量機(jī)構(gòu) 傳力性能的優(yōu)劣。 F F F 壓力角作用在從動(dòng) 件上

10、的力的方向與著力 點(diǎn)速度方向所夾銳角。 傳動(dòng)角 壓力角的 余角。 第21頁(yè)/共83頁(yè) 傳動(dòng)角傳動(dòng)角 出現(xiàn)極值的位置及計(jì)算出現(xiàn)極值的位置及計(jì)算 C1 B1 a b c d D A 1 2 bc adcb 2 )( arccos 222 1 bc adcb 2 )( arccos180 222 2 min為1和2中的較小值者。 思考： 對(duì)心式和偏置式曲柄滑塊機(jī)構(gòu)出現(xiàn)min的機(jī)構(gòu)位置？ 傳動(dòng)角總?cè)′J角 B2 C2 第22頁(yè)/共83頁(yè) 曲柄搖桿機(jī)構(gòu) 雙曲柄機(jī)構(gòu) 雙搖桿機(jī)構(gòu) 同一運(yùn)動(dòng)鏈可以生成的不同機(jī)構(gòu) 1 4 2 3 A B C D 1 4 2 3 A B C D 1 4 2 3 A B C D 1

11、4 2 3 A B C D 第23頁(yè)/共83頁(yè) 曲柄滑塊機(jī)構(gòu) 曲柄搖塊機(jī)構(gòu) 轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu) 1 4 2 3 A B C 1 4 3 2 A B C 4 3 1 C A B 2 4 3 1 C A B 2 第24頁(yè)/共83頁(yè) 三、平面連桿機(jī)構(gòu)速度分析的相對(duì)運(yùn)動(dòng)圖解法三、平面連桿機(jī)構(gòu)速度分析的相對(duì)運(yùn)動(dòng)圖解法 理論基礎(chǔ)理論基礎(chǔ) 點(diǎn)的絕對(duì)運(yùn)動(dòng)是牽連運(yùn)動(dòng)與相對(duì)運(yùn)動(dòng)的合成點(diǎn)的絕對(duì)運(yùn)動(dòng)是牽連運(yùn)動(dòng)與相對(duì)運(yùn)動(dòng)的合成 步驟步驟 選擇適當(dāng)?shù)淖鲌D比例尺選擇適當(dāng)?shù)淖鲌D比例尺, ,繪制機(jī)構(gòu)位置圖繪制機(jī)構(gòu)位置圖 列出機(jī)構(gòu)中運(yùn)動(dòng)參數(shù)待求點(diǎn)與運(yùn)動(dòng)參數(shù)已知點(diǎn)之間的運(yùn)列出機(jī)構(gòu)中運(yùn)動(dòng)參數(shù)待求點(diǎn)與運(yùn)動(dòng)參數(shù)已知點(diǎn)之間的運(yùn) 動(dòng)分析動(dòng)分析矢量

12、方程式矢量方程式 根據(jù)矢量方程式作根據(jù)矢量方程式作矢量多邊形矢量多邊形 從封閉的矢量多邊形中求出待求運(yùn)動(dòng)參數(shù)的大小或方向從封閉的矢量多邊形中求出待求運(yùn)動(dòng)參數(shù)的大小或方向 第25頁(yè)/共83頁(yè) (1) 同一構(gòu)件上兩點(diǎn)間的速度關(guān)系 CAAC vvv 牽連速度 相對(duì)速度 A B C 平面運(yùn)動(dòng)構(gòu)件 vCA 基點(diǎn) 絕對(duì)速度 1. 機(jī)構(gòu)各構(gòu)件上相應(yīng)點(diǎn)之間的速度矢量方程 第26頁(yè)/共83頁(yè) (2)組成移動(dòng)副兩構(gòu)件重合點(diǎn)間的速度關(guān)系 1B2B1B2B vvv B( B1，B2 ) 牽連速度 相對(duì)速度 絕對(duì)速度 2 1 第27頁(yè)/共83頁(yè) 移動(dòng)副連接 1 A 2 轉(zhuǎn)動(dòng)副連接 1 2 A (3)兩構(gòu)件上重合點(diǎn)之間的

13、運(yùn)動(dòng)關(guān)系 A21A vv A21A vv 21 重合點(diǎn) 重合點(diǎn) 21 1 2 ( A1，A2) 第28頁(yè)/共83頁(yè) c 解 CBBC vvv 方向 大小 水平 ? BC 選速度比例尺v(ms)mm，在任 意點(diǎn)p作圖，使vB v pb 由圖解法得到 C點(diǎn)的絕對(duì)速度vC v pc，方向pc C點(diǎn)相對(duì)于B點(diǎn)的速度vCB vbc，方向bc 圖示平面四桿機(jī)構(gòu)，已知各構(gòu)件尺寸及 vB，求2及vC、vE。 1 1 A B C E 2 3 vB ? p b 2 vCBlBC v bcl BC，逆時(shí)針?lè)较?2 vC 2. 機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析的相對(duì)運(yùn)動(dòng)圖解法舉例 第29頁(yè)/共83頁(yè) 由圖解法得到 E點(diǎn)的絕對(duì)速度vE v

14、 pe ，方向pe ECCEBBE vvvvv 方向 BE CE 大小 ? ? e 可以證明 bceBCE 速度極點(diǎn) (速度零點(diǎn)) c p b 速度多邊形 E點(diǎn)相對(duì)于B點(diǎn)的速度 vEB vbe，方向be E點(diǎn)相對(duì)于C點(diǎn)的速度 vEC vce，方向ce 1 1 A B C E 2 3 vB 2 vC 第30頁(yè)/共83頁(yè) 速度多邊形(Velocity polygon)的性質(zhì) 連接p點(diǎn)和任一點(diǎn)的矢量代表 該點(diǎn)在機(jī)構(gòu)圖中同名點(diǎn)的絕 對(duì)速度，指向?yàn)閜該點(diǎn)。 連接任意兩點(diǎn)的矢量代表該兩 點(diǎn)在機(jī)構(gòu)圖中同名點(diǎn)的相對(duì) 速度，指向與速度的下標(biāo)相 反。如bc代表vCB。常用相對(duì) 速度來(lái)求構(gòu)件的角速度。 bceBCE

15、，稱(chēng)bce為機(jī)構(gòu) 圖 上 B C E 的 速 度 影 像 (Velocity image)，兩者相似且 字母順序一致，前者沿方向 轉(zhuǎn)過(guò)90。 速度極點(diǎn)p代表機(jī)構(gòu)中所有速度 為零的點(diǎn)的影像。 1 1 A B C E 2 3 vB 2 vC e c p b 速度影像 速度極點(diǎn) (速度零點(diǎn)) 速度多邊形 第31頁(yè)/共83頁(yè) 例如當(dāng)bc作出后，以bc為邊 作bceBCE，且兩者字母 的順序方向一致，即可求得e點(diǎn) 和vE，而不需要再列矢量方程求 解。 速度影像的用途 對(duì)于同一構(gòu)件，由兩點(diǎn)的速 度可求任意點(diǎn)的速度。 e c p b 速度多邊形 速度極點(diǎn) (速度零點(diǎn)) 速度影像 1 1 A B C E 2

16、3 vB 2 vC 第32頁(yè)/共83頁(yè) 45 400 400 180 lAB140 lBC420 lCD420 A B C D E F 1 2 3 4 5 6 1 圖示六桿機(jī)構(gòu)，已知各 構(gòu)件尺寸和原動(dòng)件1的角速 度1，求機(jī)構(gòu)在圖示位置時(shí) 的速度vC、vE5及角速度2 、3。 解 (1)作機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖 選取長(zhǎng)度比例尺l lAB/AB m/mm，作出機(jī) 構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖。 第33頁(yè)/共83頁(yè) c A B C D E F 1 2 3 4 5 6 1 (2)速度分析 求vC 點(diǎn)C、B為同一構(gòu)件上 的兩點(diǎn) 方向 大小 AB 1lAB CD ? BC ? CBBC vvv 選速度比例尺v(ms)mm，作速 度多

17、邊形圖 b vC v pc ms，方向pc 求vE2 根據(jù)速度影像原理 ，在bc線(xiàn)上，由be2bcBE2/BC得 e2點(diǎn) e2 vE2 v pe2 ms，方向pe2 p 第34頁(yè)/共83頁(yè) e4(e5) A B C D E F 1 2 3 4 5 6 1 求vE5 點(diǎn)E4與E2為兩構(gòu)件上 的重合點(diǎn)，且vE5vE4。 方向 大小 EF ? BC ? E4E22E4E5E vvvv 選同樣的速度比例尺v，作其 速度圖 vE4 vE5vpe4 ms，方向 pe4 求2 、3 2 vCB/lBC vbc/lBC rad/s，逆時(shí)針 2 3 vC /lCD v pc/lCD rad/s，逆時(shí)針 3 c

18、b e2 p 第35頁(yè)/共83頁(yè) 平面連桿機(jī)構(gòu)的三類(lèi)運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)問(wèn)題平面連桿機(jī)構(gòu)的三類(lèi)運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)問(wèn)題 實(shí)現(xiàn)剛體給定位置的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)剛體給定位置的設(shè)計(jì) 實(shí)現(xiàn)預(yù)定運(yùn)動(dòng)規(guī)律的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)預(yù)定運(yùn)動(dòng)規(guī)律的設(shè)計(jì) 實(shí)現(xiàn)預(yù)定軌跡的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)預(yù)定軌跡的設(shè)計(jì) 圖解法圖解法直觀易懂，能滿(mǎn)足精度要求不高的設(shè)計(jì)，能為直觀易懂，能滿(mǎn)足精度要求不高的設(shè)計(jì)，能為 需要優(yōu)化求解的解析法提供計(jì)算初值。需要優(yōu)化求解的解析法提供計(jì)算初值。 四、平面連桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì) 第36頁(yè)/共83頁(yè) 3 P3 1. 實(shí)現(xiàn)剛體給定位置的設(shè)計(jì) 機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)時(shí)A、D點(diǎn)固定不動(dòng) ， 而B(niǎo)、C點(diǎn)在圓周上運(yùn)動(dòng)， 所以A、D點(diǎn)又稱(chēng)為中心點(diǎn)，B 、C點(diǎn)又稱(chēng)為圓周點(diǎn)。 D A B1

19、 C1 1 P1 2 P2 剛體運(yùn)動(dòng)時(shí)的位姿，可以用標(biāo)點(diǎn)的 位置Pi以及標(biāo)線(xiàn)的標(biāo)角i 給出。 鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)，其鉸鏈點(diǎn)A 、D為固定鉸鏈點(diǎn)。鉸鏈點(diǎn) B、C為活動(dòng)鉸鏈點(diǎn)。 剛體導(dǎo)引機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)，可以歸結(jié)為求平面運(yùn)動(dòng)剛體上的圓周 點(diǎn)和與其對(duì)應(yīng)的中心點(diǎn)的問(wèn)題。 中心點(diǎn) 中心點(diǎn) 圓周點(diǎn) 圓周點(diǎn) B2 C2 B3 C3 第37頁(yè)/共83頁(yè) 2. 具有急回特性機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 有急回運(yùn)動(dòng)要求機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)可以看成是實(shí)現(xiàn)預(yù)定運(yùn)動(dòng)規(guī)律 的設(shè)計(jì)的一種特例。 設(shè)計(jì)步驟 行程速比系數(shù)K 極位夾角機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 其它 輔 助條 件 第38頁(yè)/共83頁(yè) 有急回運(yùn)動(dòng)平面四桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的圖解法 第39頁(yè)/共83頁(yè) 設(shè)計(jì)一鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)。設(shè)已知其搖

20、桿CD的長(zhǎng)度 l C D75mm，行程速比系數(shù)K1.5，機(jī)架AD的長(zhǎng)度 lAD100mm，又知搖桿的一個(gè)極限位置與機(jī)架間的夾角 45，試求其曲柄的長(zhǎng)度lAB和連桿的長(zhǎng)度lBC。 B DA C 第40頁(yè)/共83頁(yè) 解 取適當(dāng)比例尺l(mmm)，根據(jù)已知條件作圖。 180(K1)/(K1)36 C2 C2 C1 45 DA 第一組解 lAB l(AC2AC1)250mm lBC l(AC2AC1)2120mm B C 第41頁(yè)/共83頁(yè) 解 取適當(dāng)比例尺l(mmm)，根據(jù)已知條件作圖。 180(K1)/(K1)36 第二組解 lAB l(AC1AC 2)222.5mm lBC l(AC1AC 2)

21、247.5mm C2 C2 C1 45 B C DA 第42頁(yè)/共83頁(yè) 熟練應(yīng)用反轉(zhuǎn)法原理對(duì)凸輪機(jī)構(gòu)進(jìn)行分析。 五、凸輪機(jī)構(gòu) 第43頁(yè)/共83頁(yè) 圖示偏置式移動(dòng)滾子從動(dòng)件盤(pán)形凸輪機(jī) 構(gòu)，凸輪為一偏心圓，圓心在O點(diǎn)，半徑 R80mm，凸輪以角速度 10rad/s逆時(shí)針 方向轉(zhuǎn)動(dòng)，LOA50mm，滾子半徑rr20mm ，從動(dòng)件的導(dǎo)路與OA垂直且平分OA。 在圖中畫(huà)出凸輪的理論輪廓曲線(xiàn)和偏 距圓； 計(jì)算凸輪的基圓半徑rb并在圖中畫(huà)出 凸輪的基圓； 在圖中標(biāo)出從動(dòng)件的位移s和升程h； 在圖中標(biāo)出機(jī)構(gòu)該位置的壓力角； 計(jì)算出機(jī)構(gòu)處于圖示位置時(shí)從動(dòng)件移 動(dòng)速度v； 凸輪的轉(zhuǎn)向可否改為順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)？為 什么

22、？ R A O rr 第44頁(yè)/共83頁(yè) R A O rr 解 凸輪的理論輪廓曲線(xiàn)和偏距圓； rbRLOArr8050 20 50mm ； rb e s h 標(biāo)出從動(dòng)件的位移s和升程h如 圖 示； 標(biāo)出機(jī)構(gòu)該位置的壓力角如 圖示； 凸輪與從動(dòng)件的瞬心在O點(diǎn)，所 以機(jī)構(gòu)在圖示位置時(shí)從動(dòng)件移動(dòng)速 度為vOA=0.5m/s； v 若凸輪改為順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，則在 推程階段，機(jī)構(gòu)的瞬心與從動(dòng)件 軸線(xiàn)不在同一側(cè)，將會(huì)增大推程 壓力角。 第45頁(yè)/共83頁(yè) 熟練掌握漸開(kāi)線(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪參數(shù)計(jì)算和部分傳動(dòng)參 數(shù)計(jì)算。 分度圓直徑d mz 中心距 a1/2(d1d2) m/2( z1 z2 ) a acos/co

23、s 齒頂高 ha ham 齒根高 hf (hac)m 齒全高 h (2hac)m 齒頂圓直徑 da d 2ha 齒根圓直徑 df d 2hf 分度圓齒厚s m/2 基圓齒距 pb mcos 六、齒輪機(jī)構(gòu) 第46頁(yè)/共83頁(yè) 例 一對(duì)漸開(kāi)線(xiàn)外嚙合正常齒標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪傳動(dòng)， 已知傳動(dòng)比i=1.5，模數(shù)m=4mm，壓力角=20，中心距 a110mm，試求： 兩齒輪的齒數(shù)z1、z2； 兩齒輪的分度圓直徑d1、d2； 齒輪1的基圓直徑db1、齒頂圓直徑da1和齒根圓直徑 df1； 若兩輪的實(shí)際中心距a 116mm，模數(shù)和傳動(dòng)比均 不改變，試確定較優(yōu)的傳動(dòng)類(lèi)型，并確定相應(yīng)的最佳齒數(shù)z1 ，計(jì)算節(jié)圓半徑r

24、 1和嚙合角 ； 若兩輪的實(shí)際中心距a 116mm，模數(shù)、壓力角和 傳動(dòng)比均不改變，齒數(shù)與(1)的正確計(jì)算結(jié)果相同，擬采用 標(biāo)準(zhǔn)斜齒圓柱齒輪傳動(dòng)，試確定其螺旋角。 第47頁(yè)/共83頁(yè) 解 a 0.5m(z1z2)，且z2=iz1，z1=22，z2=33 d1 mz1 88mm，d2 mz2 132mm， db1 d1cos 88cos20 82.7mm da1 d1+2ha 88 21.04 96mm df1 d12hf 88 21.254 78mm 正傳動(dòng)，a r 1+ r 2 r1(1+i ) 2.5 r 1 r1 a 2.5 46.4mm，取z1 23，r1 46mm，小 齒輪取正變位

25、cos1(acos/a) cos1(110cos20/116) 27 cos10.5mn(z1 z2)/ a cos10.54(2233)/ 116 18.5 第48頁(yè)/共83頁(yè) 輪系的類(lèi)型 輪系 定軸輪 系 所有齒輪幾何軸線(xiàn)位置固定 空間定軸輪系 平面定軸輪系 周轉(zhuǎn)輪 系 行星輪系(F1) 差動(dòng)輪系(F2) 復(fù)合輪系 由定軸輪系、周轉(zhuǎn)輪系組合而成 某些齒輪幾何軸線(xiàn)有公轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng) 七、輪系 第49頁(yè)/共83頁(yè) 周轉(zhuǎn)輪系的傳動(dòng)比計(jì)算周轉(zhuǎn)輪系的傳動(dòng)比計(jì)算 1. 周轉(zhuǎn)輪系傳動(dòng)比計(jì)算的基本思路周轉(zhuǎn)輪系傳動(dòng)比計(jì)算的基本思路 周轉(zhuǎn)輪系假想的定軸輪系 原周轉(zhuǎn)輪系的轉(zhuǎn)化機(jī)構(gòu) 轉(zhuǎn)化機(jī)構(gòu)的特點(diǎn) 各構(gòu)件的相對(duì)運(yùn)動(dòng)關(guān)系不

26、變 轉(zhuǎn)化方法 給整個(gè)機(jī)構(gòu)加上一個(gè)公共角速度(H) 轉(zhuǎn)化 第50頁(yè)/共83頁(yè) H 3 2 1 O1 O3 O2 OH H H 1 3 2 O1 O3 O2 3 2 1 3H 2H 1H 3 H 1 2 O1 OH O3 O2 3 H 1 2 O1 OH O3 O2 第51頁(yè)/共83頁(yè) 周轉(zhuǎn)輪系中所有基本構(gòu)件的回轉(zhuǎn)軸共線(xiàn)，可以根據(jù)周轉(zhuǎn)輪系 的轉(zhuǎn)化機(jī)構(gòu)寫(xiě)出三個(gè)基本構(gòu)件的角速度與其齒數(shù)之間的比值 關(guān)系式。已知兩個(gè)基本構(gòu)件的角速度向量的大小和方向時(shí)， 可以計(jì)算出第三個(gè)基本構(gòu)件角速度的大小和方向。 在轉(zhuǎn)化機(jī)構(gòu)中的角速度 (相對(duì)于系桿的角速度) 原角速度構(gòu)件代號(hào) 周轉(zhuǎn)輪系轉(zhuǎn)化機(jī)構(gòu)中各構(gòu)件的角速度 1H1H

27、2H2H 3H3H HHHH 1 3 2 H 第52頁(yè)/共83頁(yè) 2. 周轉(zhuǎn)輪系傳動(dòng)比的計(jì)算方法周轉(zhuǎn)輪系傳動(dòng)比的計(jì)算方法 求轉(zhuǎn)化機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)比iH H 3 H 1 H 13 i 1 3 z z “”號(hào)表示轉(zhuǎn)化機(jī)構(gòu)中齒輪1和齒輪3轉(zhuǎn)向相反 周轉(zhuǎn)輪系傳動(dòng)比計(jì)算的一般公式 中心輪1、n，系桿H 11 2 H H1 H H 1 H 1 . . n n nn n zz zz i H3 H1 O1 O3 O2 3 2 1 3H 2H 1H 轉(zhuǎn)化機(jī)構(gòu) 第53頁(yè)/共83頁(yè) 是轉(zhuǎn)化機(jī)構(gòu)中1輪主動(dòng)、n輪從動(dòng)時(shí)的傳動(dòng)比，其大 小和符號(hào)完全按定軸輪系處理。正負(fù)號(hào)僅表明在該輪系的轉(zhuǎn) 化機(jī)構(gòu)中，齒輪1和齒輪n的轉(zhuǎn)向關(guān)系。

28、注意事項(xiàng)注意事項(xiàng) 齒數(shù)比前的“”、“”號(hào)不僅表明在轉(zhuǎn)化機(jī)構(gòu)中齒 輪1和齒輪n的轉(zhuǎn)向關(guān)系，而且將直接影響到周轉(zhuǎn)輪系傳動(dòng)比 的大小和正負(fù)號(hào)。 1、 n 和H是周轉(zhuǎn)輪系中各基本構(gòu)件的真實(shí)角速度 ，且為代數(shù)量。 i1n H 第54頁(yè)/共83頁(yè) 行星輪系 其中一個(gè)中心輪固定(例如中心輪n固定，即n0) 差動(dòng)輪系 1、 n 和H三者需要有兩個(gè)為已知值，才能求解。 H 1 H H1 H H 1 H 1 1 0 n n i H 1H1H1 H 1 1,1 nn iiii 定義 正號(hào)機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)化機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)比符號(hào)為“”。 負(fù)號(hào)機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)化機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)比符號(hào)為“”。 第55頁(yè)/共83頁(yè) 2KH型周轉(zhuǎn)輪系稱(chēng)為基本周轉(zhuǎn)輪系(。既

29、包含定軸輪系又包 含基本周轉(zhuǎn)輪系，或包含多個(gè)基本周轉(zhuǎn)輪系的復(fù)雜輪系稱(chēng)為 復(fù)合輪系。 復(fù)合輪系的組成方式 串聯(lián)型復(fù)合輪系(Series combined gear train) 前一基本輪系的輸出構(gòu)件為后一基本輪系的輸入構(gòu)件 封閉型復(fù)合輪系(Closed combined gear train) 輪系中包含有自由度為2的差動(dòng)輪系，并用一個(gè)自由度為1的輪系將其三個(gè)基本構(gòu)件中的兩個(gè)封閉 雙重系桿型復(fù)合輪系(Combined gear train with double planet carrier) 主周轉(zhuǎn)輪系的系桿內(nèi)有一個(gè)副周轉(zhuǎn)輪系，至少有一個(gè)行星輪同時(shí)繞著3個(gè)軸線(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng) 第56頁(yè)/共83頁(yè) 復(fù)合輪

30、系傳動(dòng)比的計(jì)算方法 正確區(qū)分基本輪系； 確定各基本輪系的聯(lián)系； 列出計(jì)算各基本輪系傳動(dòng)比的方程式； 求解各基本輪系傳動(dòng)比方程式。 區(qū)分基本周轉(zhuǎn)輪系的思路 基本周轉(zhuǎn)輪系 行星輪 中心輪中心輪 系桿 幾何軸線(xiàn)與系桿重合 幾何軸線(xiàn)與系桿重合 支承 嚙合嚙合 第57頁(yè)/共83頁(yè) 例例1 圖示輪系，各輪齒數(shù)分別為圖示輪系，各輪齒數(shù)分別為 z1 20，z2 40，z2 20，z3 30，z4 80， 求輪系的傳動(dòng)比求輪系的傳動(dòng)比i1H。 解區(qū)分基本輪系 行星輪系2、3、4、H 定軸輪系1 、2 組合方 式 串聯(lián) 定軸輪系傳動(dòng)比 2 20 40 1 2 2 1 12 z z n n i 行星輪系傳動(dòng)比5 2

31、0 80 1)(11 2 4 H 42H2 z z ii 復(fù)合輪系傳動(dòng)比1052 H212H1 iii 系桿H與齒輪1轉(zhuǎn)向相反 復(fù)合輪系傳動(dòng)比計(jì)算舉例 4 2 2 1 H 3 行星輪系 第58頁(yè)/共83頁(yè) 例例2 圖示電動(dòng)卷?yè)P(yáng)機(jī)減速器，圖示電動(dòng)卷?yè)P(yáng)機(jī)減速器， 已 知 各 輪 齒 數(shù) 分 別 為已 知 各 輪 齒 數(shù) 分 別 為z 1 24， ， z2 33，z2 21，z3 78，z3 18， z4 30，z5 78，求傳動(dòng)比，求傳動(dòng)比i15。 解區(qū)分基本輪 系 差動(dòng)輪系22、1、3、5(H) 定軸輪系3、4、5 組合方式封閉 定軸輪系傳動(dòng) 比 3 13 18 78 3 5 5 3 53 z

32、z n n i 53 3 13 nn 2 2 1 3 4 3 5 差動(dòng)輪系 第59頁(yè)/共83頁(yè) 差動(dòng)輪系22、1、3、5(H) 定軸輪系3、4、5 組合方式封閉 定軸輪系傳動(dòng) 比 3 13 18 78 3 5 5 3 53 z z n n i 53 3 13 nn 差動(dòng)輪系傳動(dòng)比 28 143 3 13 55 51 nn nn 復(fù)合輪系傳動(dòng)比24.21 5 1 15 n n i齒輪5與齒輪轉(zhuǎn)向相同 28 143 2124 7833 21 32 53 51 5 13 zz zz nn nn i 2 2 1 3 4 3 5 第60頁(yè)/共83頁(yè) 輪系的功能 一、實(shí)現(xiàn)大傳動(dòng)比傳動(dòng) 二、實(shí)現(xiàn)變速傳動(dòng) 三

33、、實(shí)現(xiàn)換向傳動(dòng) 四、實(shí)現(xiàn)分路傳動(dòng) 五、實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)緊湊的大功率傳動(dòng) 六、實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)合成與分解 第61頁(yè)/共83頁(yè) 熟練掌握等效動(dòng)力學(xué)模型參數(shù)和飛輪轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的計(jì)算。 研究機(jī)械系統(tǒng)的真實(shí)運(yùn)動(dòng)規(guī)律，必須分析系統(tǒng)的功能關(guān)系 ，建立作用于系統(tǒng)上的外力與系統(tǒng)動(dòng)力參數(shù)和運(yùn)動(dòng)參數(shù)之間的 關(guān)系式，即機(jī)械運(yùn)動(dòng)方程。 理論依據(jù) 機(jī)械系統(tǒng)在時(shí)間t內(nèi)的動(dòng)能增量E應(yīng)等于作用于該系統(tǒng) 所有外力的元功W。 微分形式 dEdW 對(duì)于單自由度機(jī)械系統(tǒng)，只要知道其中一個(gè)構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)規(guī) 律，其余所有構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律就可隨之求得。因此，可以把復(fù) 雜的機(jī)械系統(tǒng)簡(jiǎn)化成一個(gè)構(gòu)件，即等效構(gòu)件，建立最簡(jiǎn)單的等 效動(dòng)力學(xué)模型。 八、機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)力學(xué) 第62頁(yè)

34、/共83頁(yè) x y 1 2 3 O A B 1 F3 v2 機(jī)械系統(tǒng)的等效動(dòng)力學(xué)模型機(jī)械系統(tǒng)的等效動(dòng)力學(xué)模型 S2 S1 S3 M1 1 v3 2 例 圖示曲柄滑塊機(jī)構(gòu)中，設(shè)已 知各構(gòu)件角速度、質(zhì)量、質(zhì)心位 置、質(zhì)心速度、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量,驅(qū)動(dòng) 力矩為M1，阻力F3。 動(dòng)能增量 ) 2222 d(d 2 33 2 22 2 22 2 11 vmvmJJ E SS 外力所做元功之和 dWNdt (M1 1 F3v3cos3)dt (M1 1F3v3)dt 運(yùn)動(dòng)方程 tvFM vmvmJJ SS d)() 2222 d( 3311 2 33 2 22 2 22 2 11 第63頁(yè)/共83頁(yè) 選曲柄1為等效

35、構(gòu)件，曲柄轉(zhuǎn)角1為獨(dú)立的廣義坐標(biāo)，改 寫(xiě)公式 t v FM v m v mJJ S S d)()()()( 2 d 1 3 311 2 1 3 3 2 1 2 2 2 1 2 21 2 1 具有轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的量綱 Je具有力矩的量綱 Me tMJd 2 d 1e 2 1 e 定義 Je 等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，JeJe(1) Me 等效力矩， Me Me(1，1，t) 第64頁(yè)/共83頁(yè) 結(jié)論 對(duì)一個(gè)單自由度機(jī)械系統(tǒng)(曲柄滑塊機(jī)構(gòu))的研究，可以 簡(jiǎn)化為對(duì)一個(gè)具有等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量Je(1)，在其上作用有等效 力矩Me (1，1，t)的假想構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)的研究。 等效構(gòu)件 Je O B 1 Me 1 Je O 1 Me

36、 1 x y 1 2 3 O A B 1 F3 v2 S2 S1 S3 M1 1 v3 2 第65頁(yè)/共83頁(yè) 概念 等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量(Equivalent moment of inertia)等效構(gòu) 件具有的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。 等效構(gòu)件具有的動(dòng)能等于原機(jī)械系統(tǒng)所有構(gòu)件動(dòng)能之和 。 等效力矩(Equivalent moment of force)作用在等效構(gòu) 件上的力矩。 等效力矩所產(chǎn)生的瞬時(shí)功率等于作用在原機(jī)械系統(tǒng)上所 有外力在同一瞬時(shí)產(chǎn)生的功率之和。 具有等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，其上作用有等效力矩的等效構(gòu)件稱(chēng) 為等效動(dòng)力學(xué)模型。 第66頁(yè)/共83頁(yè) 選滑塊3為等效構(gòu)件,滑塊位移s3為獨(dú)立的廣義坐標(biāo)，改寫(xiě) 公式

37、tF v Mvm v v m v J v J v S S d)()()()( 2 d 3 3 1 133 2 3 2 2 2 3 2 2 2 3 1 1 2 3 具有質(zhì)量的量綱 me 具有力的量綱 Fe tvF v md 2 d 3e 2 3 e 定義 me 等效質(zhì)量，meme(s3) Fe 等效力， Fe Fe(s3，v3，t) 第67頁(yè)/共83頁(yè) 結(jié)論 對(duì)一個(gè)單自由度機(jī)械系統(tǒng)(曲柄滑塊機(jī)構(gòu))的研究，也可 以簡(jiǎn)化為對(duì)一個(gè)具有等效質(zhì)量me(s3)，在其上作用有等效力 Fe (s3，v3，t)的假想構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)的研究。 O A B 1 me v3 Fe s3 me v3 Fe s3 x y 1 2

38、 3 O A B 1 F3 v2 S2 S1 S3 M1 1 v3 2 等效構(gòu)件 第68頁(yè)/共83頁(yè) 概念 等效質(zhì)量(Equivalent mass)等效構(gòu)件具有的質(zhì)量。 等效構(gòu)件具有的動(dòng)能等于原機(jī)械系統(tǒng)所有構(gòu)件動(dòng)能之和 。 等效力(Equivalent force)作用在等效構(gòu)件上的力。 等效力所產(chǎn)生的瞬時(shí)功率等于作用在原機(jī)械系統(tǒng)上所有 外力在同一瞬時(shí)產(chǎn)生的功率之和。 具有等效質(zhì)量，其上作用有等效力的等效構(gòu)件也稱(chēng)為等 效動(dòng)力學(xué)模型。 第69頁(yè)/共83頁(yè) 單自由度機(jī)械系統(tǒng)等效動(dòng)力學(xué)參數(shù)的一般表達(dá) 取轉(zhuǎn)動(dòng)構(gòu)件為等效構(gòu)件 n i i i S Si i J v mJ 1 22 e n i i i i

39、 ii M v FM 1 e cos 取移動(dòng)構(gòu)件為等效構(gòu)件 n i i i S Si i v J v v mm 1 22 e n i i i i ii v M v v FF 1 e cos 第70頁(yè)/共83頁(yè) 例 1 圖示機(jī)床工作臺(tái)傳動(dòng)系統(tǒng)，已知各齒輪的齒數(shù)分別為 ：z1=20，z260，z220，z380。齒輪3與齒條4嚙合的節(jié) 圓半徑為r3，各輪轉(zhuǎn)動(dòng)慣量分別為J1、J2、J2和J3，工作臺(tái) 與被加工件的重量和為G，齒輪1上作用有驅(qū)動(dòng)力矩M1，齒 條的節(jié)線(xiàn)上水平作用有生產(chǎn)阻力Fr。求以齒輪1為等效構(gòu)件 時(shí)系統(tǒng)的等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和等效力矩。 解解 等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 2 3 32 21 2

40、32 21 3 2 2 1 221 2 1 4 2 1 3 3 2 1 2 221e r zz zz g G zz zz J z z JJJ v g G JJJJJ 1 32 r3 2 M1 Fr 4 第71頁(yè)/共83頁(yè) 代入已知值 g rG JJJJJ 2 3 3221e 144 1 144 1 9 1 12 3r 32 21 3r 1 3 3rr rF zz zz rFrFM 等效驅(qū)動(dòng)力矩MdM1，整個(gè)傳動(dòng)系統(tǒng)的等效力矩為 12 3r drde rF MMMM 系統(tǒng)的等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為常數(shù)，高 速運(yùn)動(dòng)構(gòu)件的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量在等效轉(zhuǎn) 動(dòng)慣量中占的比例大。 等效阻力矩為 1 32 r3 2 M1 Fr 4 第72頁(yè)/共83頁(yè) 例2 圖示起重機(jī)機(jī)構(gòu)示意圖，作用于構(gòu)件1上的驅(qū)動(dòng)力矩 M1=60Nm，重力Q=980N，卷筒半徑R=0.1m，各輪齒數(shù)： z1=20，z2=40，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量分別為J1=1kgm2，J2=4kgm2。若 取構(gòu)件1為等效構(gòu)件，求等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量Je和等效力矩Me。 解 Je J1J2(z1/z2)2Q/g(Rz1/z2)2 2.25kgm2 Me M1QR(z1/z2) 11 Nm R Q 1 2 M1 1 第73頁(yè)/共83頁(yè) 例3 圖示為某機(jī)械以主軸為等效構(gòu)件時(shí)，其等效驅(qū)動(dòng)力矩在